中温粘性隔离液机理与性能研究

张梁

【摘要】隔离液作为提高顶替效率和固井界面胶结质量的重要手段，得到广泛应用并取得良好固井效果，本文主要通过粘性隔离液KCM006的性能研究，为实施固井作业提供技术参考。

【关键词】中温粘性隔离液 KCM006 性能研究

固井作业中在钻井液与水泥浆之间的一段“特殊”液体——隔离液，已经成为提高顶替效率和固井界面胶结质量的重要手段。国内外各大油田早已开发研制出适用于各类井的多类型隔离液。隔离液的基本性能，具有紊流冲刷效能，不仅能以平面驱替钻井液，而且还能抑制钻井液偏流，产生高径向速度，进一步提高对套管壁和井壁的冲蚀；具有一定的密度调节范围，能方便调节密度与钻井液和水泥浆保持适度密度差；与钻井液、水泥浆具备良好的相容性；具有接近牛顿流体的特性，其塑性粘度、屈服值或流型指数和稠度系数值均能满足以较低临界速度而达到紊流，起到隔离和引导、增进水泥浆的紊流效果，提高顶替效率；对套管无腐蚀作用。

一、KCM006隔离液研究机理

KCM006是一种粘性隔离液，它是由水加KCM006主剂组成。其中KCM006主剂是由高分子聚合物、表面活性剂和页岩稳定剂组成。高分子聚合物可提高KCM006隔离液的粘度，降低其滤失量；表面活性剂能够改变套管和井壁的湿润性，形成亲水环境，利于水泥环界面胶结质量的提高；页岩稳定剂主要是以K+离子构成，因此可以有效地保护井壁，增加井壁的稳定性。如果采用KCM006加重隔离液，加重剂选用重晶石粉系硫酸盐矿物，其特点价格便宜易采购，重晶石粉主要用于石油钻探油气井旋转钻探中的环流泥浆加重剂冷却钻头，带走切削下来的碎屑物，润滑钻杆，封闭孔壁，控制油气压力，防止油井自喷。

二、KCM006隔离液稳定性

加重隔离液的稳定性对于有效阻止泥浆和水泥浆混合起到非常关键的作用。一旦隔离液的稳定性差，那么加重剂会沉淀，导致隔离液上部密度降低（甚至比泥浆的还低），这样就不能靠密度查来悬浮泥浆，同样隔离液的下部密度增大与水泥浆的密度差减小，使水泥浆不能有效悬浮隔离液，使水泥浆与钻井液混合的机会增大，从而影响顶替效率。

实验配制不同密度的隔离液，分别倒入500ml量筒内静止4小时，用移液管分4次从量筒内取出隔离液进行密度测量，每段密度测量值基本一致，说明其具有良好的悬浮稳定性能。

三、KCM006隔离液流变性能

为了提高顶替效率，确保固井界面胶结质量，防止顶替窜槽，对井内流体（钻井液、冲洗液、隔离液、水泥浆和顶替液等）的流变学性质和顶替机理进行了大量研究，例如采用扶正器、刮泥器、套管居中、旋转套管、增大排量以及降低钻井液和水泥浆的粘度及静切力等。除此以外，流动形态也是一个关键因素。研究表明，根据固井环空流体分布和环空流体性质，环空各流体流变性越好且其性质越接近就越易形成良好的顶替效果，但在钻井液与水泥浆各自均处于良好的流变性的前提下，一般情况下水泥浆的流变性往往比钻井液的流变性差且两者互不相容，因此，为了形成良好的顶替流态并提高顶替效率，往往需要一种流变性较好的前置液进行有效的冲洗、隔离，以便环空各流体形成良好的顶替流态。对于隔离液来讲，其流变性应高于或接近于钻井液流变性或处于钻井液与水泥浆流变性之间即可达到良好的环空顶替流态，易于提高顶替效率。另外研究表明，密度高的液体顶替密度低的液体易于顶替，顶替效率高。KCM006隔离液属于粘性隔离液，也可以配制加重隔离液，其塑性粘度低，易于形成良好的顶替流态，而且其屈服值大于钻井液的屈服值，可对钻井液产生一定的拖曳力，有利于提高顶替效率。

四、KCM006隔離液相容性

隔离液在具备良好的稳定性和流变性的同时还应具备良好的相容性，形成良好隔离效果，防止钻井液与水泥浆相互接触污染、顶替窜槽，从而形成良好的环空顶替流态，提高顶替效率，确保水泥环界面胶结质量。

室内将KCM006隔离液与水泥浆以及钻井液按一定体积比例混合并搅拌充分后，在60℃条件下养护20分钟测量其流变参数。实验结果证明，KCM006隔离液与水泥浆以及钻井液有非常良好的相容性，三者之间任意接触均不产生增稠现象，有利与提高顶替效率和水泥环胶结封固质量。

五、KCM006隔离液对水泥浆物理性能的影响

KCM006固井隔离液在掺量小于25%时，对水泥浆的稠化时间及抗压强度影响均不大，可充分保证固井的安全施工和工程质量，并且KCM006固井隔离液可大大降低水泥浆的API失水量，对保护油气层和提高固井界面胶结质量十分有利。

六、KCM006隔离液冲刷能力

实验将钻井液泥饼贴在Fan-35型粘度计的外筒上，浆杯里倒入KCM006隔离液，用300转/分转速冲刷10分钟，然后检测泥饼冲洗效果。数据表明KCM006隔离液体系具有优良的泥饼冲刷能力，并且KCM006隔离液的冲刷能力比冲洗液强，从而有利于提高第一、二界面的胶结封固质量。

七、KCM006隔离液抗盐性能

KCM006隔离液中加入5-30%的NaCl（占水重），实验结果表明NaCl加量的增加对KCM006隔离液的流变性能几乎没有影响，说明KCM006隔离液具有良好的抗盐性，能够与盐水钻井液有良好的相容性。

八、KCM006隔离液性能评价

通过对粘性隔离液体系性能的研究，得出以下结论：

①KCM006隔离液是由水+KCM006主剂+加重剂组成，具有一定的塑性粘度和切力，配制密度能够达到为1.03—2.45g/cm3，并且具有良好的悬浮稳定性，上下密度差小于0.02g/cm3。；

②KCM006隔离液具有良好的流变性能，其塑性粘度低，易于形成良好的环空顶替流态，而且其屈服值大于钻井液的屈服值，可对钻井液产生一定的拖曳力，有利于提高顶替效率。

③KCM006隔离液与钻井液和水泥浆具有很好的相容性，三者之间任意接触均不产生增稠现象。尤其与钻井液相容性较好，不但可以降低钻井液的粘度，并且其流变性更好，而且还随着温度的增高，其流变性进一步得到改善。因此，有利于提高顶替效率和水泥环胶结封固质量。

④KCM006隔离液对泥饼具有良好的冲刷能力和稳定井壁的作用，并且有利于提高固井第一、二界面的胶结封固质量。KCM006隔离液不但能够有效改善泥饼的湿润性，降低泥饼表面张力，而且所产生拖拽力，能够有效地清洗冲刷泥饼，并且隔离液中的加重固相颗粒与泥饼摩擦，能够起到物理冲刷作用，能有效地带走坂土颗粒，使泥饼变薄。